DE69712366T2

DE69712366T2 - Tastaturanordnung

Info

Publication number: DE69712366T2
Application number: DE69712366T
Authority: DE
Inventors: Antero Aaltonen; Timo Ala-Lehtimaeki; Jukka Mehtonen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: EP0948798A1; JP2001507162A; WO1998028763A1; EP0948798B1; GB9626895D0; AU5405698A; DE69712366D1; GB2321134A; EP1178508A1; US6274825B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konstruieren einer Baueinheit für ein Tastenfeld, die insbesondere, jedoch keine ausschließliche Verwendung auf dem Gebiet der Mobiltelephone findet.
Der Markt erfordert, daß Hersteller von Mobiltelephonen eine ständig wachsende Vielfalt von Mobiltelephonen produzieren. Um ökonomische Einsparungen zu erzielen und um den Konstruktionsaufwand für ein spezielles Mobiltelephonmodell zu minimieren, ist es vorteilhaft, nach Möglichkeit Komponenten zu verwenden, die einem Bereich von Modellen gemeinsam sind. Ein früherer Versuch zur Minimierung des Konstruktionsaufwands ist aus GB 2 301 482 bekannt.
Unter Berücksichtigung dessen schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Konstruieren von Baueinheiten für Tastenfelder mit verschiedenen Tastenlayouts unter Verwendung von Substraten, die das gleiche Muster der darauf gebildeten elektrischen Kontaktbereiche sowie gewölbte Kontaktelemente aufweisen, wobei die Fläche jedes elektrischen Kontaktbereichs größer ist als die Fläche, die von einem Abdruck eines entsprechenden gewölbten Kontaktelements umschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Wählen eines ersten Entwurfs des Tastenlayouts; Schaffen einer ersten Isolationsschicht mit mehreren Öffnungen in Abhängigkeit vom ersten Entwurf; Anbringen der Kontaktelemente in der Weise, daß sie den entsprechenden elektrischen Kontaktbereichen eines ersten Substrats zugewandt sind, wobei die erste Isolationsschicht dazwischen angeordnet ist, wobei jede der Öffnungen auf ein Kontaktelement ausgerichtet ist, um dadurch eine Baueinheit zu schaffen, die das Tastenlayout des ersten Entwurfs aufweist; Wählen eines zweiten Entwurfs des Tastenlayouts, das sich vom ersten Tastenlayout unterscheidet; Schaffen einer zweiten Isolationsschicht mit mehreren Öffnungen in Abhängigkeit vom zweiten Entwurf; und Anbringen der Kontaktelemente in der Weise, daß sie den entsprechenden elektrischen Kontaktbereichen eines zweiten Substrats zugewandt sind, wobei die zweite Isolationsschicht dazwischen angeordnet ist, wobei jede der Öffnungen auf ein Kontaktelement ausgerichtet ist, um dadurch eine Baueinheit zu schaffen, die das Tastenlayout des zweiten Entwurfs aufweist.
Dieses Entwurfsverfahren ermöglicht, daß für eine Reihe von Tastenfeldentwürfen mit unterschiedlichen Tastenabständen ein Substrat mit einem Standardmuster von elektrischen Kontaktbereichen verwendet werden kann.
Die Fläche, die durch den elektrischen Kontaktbereich eingeschlossen wird, ist größer (vorzugsweise bedeutend größer) als die Abdruckfläche der Wölbung des entsprechenden Kontaktelements. Die erste Fläche beträgt vorteilhaft das 1,5- bis 3fache der zweiten Fläche. Vorzugsweise ist die erste Fläche etwa doppelt so groß wie die zweite Fläche. Je größer die Fläche des elektrischen Kontaktbereichs in bezug auf den Abdruck der Wölbung des entsprechenden Kontaktelements ist, desto größer ist die Flexibilität bei der Anordnung des entsprechenden Kontaktelements.
Gemäß der Erfindung kann die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen durch eine "Randverbindung" oder eine "Mittenverbindung" erreicht werden. Bei der Randverbindung berühren dann, wenn ein elektrischer Kontakt zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen erreicht wird, ein Abschnitt des Rands eines Kontaktelements und dessen Scheitelabschnitt den ersten bzw. den zweiten Anschluß. Bei der Mittenverbindung schafft lediglich der Scheitelabschnitt eines Kontaktelements die Kontakte zwischen den eng zusammenliegenden ersten und zweiten Anschlüssen.
Gemäß der Erfindung können Beispiele der Randverbindung und der Mittenverbindung in einem einzigen Entwurf einer Tastenfeldbaueinheit enthalten sein.
Im folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine Explosionsansicht der ersten und zweiten Bauarten der Erfindung zeigt;
die Fig. 2(a), (b) Schnittansichten eines Teils der zweiten Bauart der Erfindung in der Gebrauchsstellung zeigen;
Fig. 3 eine Draufsicht des gewölbten Kontaktelements und des elektrischen Kontaktbereichs, die in Fig. 2(a) dargestellt sind, zeigt;
Fig. 4 eine Explosionsansicht einer dritten Bauart der Erfindung zeigt;
die Fig. 5(a), (b) Schnittansichten eines Teils der dritten Bauart der Erfindung in der Gebrauchsstellung zeigen;
Fig. 6(a) eine Draufsicht des in Fig. 5(a) gezeigten elektrischen Kontaktbereichs zeigt und Fig. 6(b) eine alternative Konfiguration für den elektrischen Kontaktbereich zeigt; und
die Fig. 7(a), (b) schematische Draufsichten von verschiedenen Tastenfeldern gemäß der Erfindung mit unterschiedlichen Tastenabständen zeigen, die unter Verwendung derselben darunterliegenden Leiterplatte realisiert werden.
In Fig. 1 sind zwei alternative Bauarten für ein Tastenfeld gezeigt. Bei beiden Bauarten ist eine Kontaktmembran 50 zwischen einer Tastenmatte 10, die einen Körperabschnitt 12 mit daran angebrachten Tasten 16, die niedergedrückt werden können, aufweist, und einer Leiterplatte 40 mit elektrischen Kontaktbereichen 42 sandwichartig angeordnet, wobei jeder Bereich 42 einer der Tasten 16 entspricht. Die Kontaktmembran 50 bildet eine Anordnung von gewölbten Kontaktelementen, die aus Metall hergestellt sind. Jedes mit dem Bezugszeichen 30 angegebene Kontaktelement ist so angeordnet, daß es zwischen einer Taste 16 und deren entsprechenden elektrischen Kontaktbereich 42 liegt. Die beiden alternativen Bauarten unterscheiden sich lediglich in der Struktur der Kontaktmembran 50.
Bei der ersten Bauart umfaßt die Kontaktmembran 50 eine Isolationsschicht 52, die auf einer einteiligen metallischen gewölbten Schicht 54 aufgebracht ist.
Bei der zweiten Bauart umfaßt die Kontaktmembran 50 eine Isolationsschicht 52, die auf einer Schicht aus Klebefolie 56 mit einer Anordnung von einzeln darauf aufgeklebten metallischen Kontaktelementen 30 aufgebracht ist.
Bei jeder Bauart enthält die Isolationsschicht 52 Öffnungen 53, die auf die entsprechenden Kontaktelemente 30 ausgerichtet sind. Die Isolationsschicht 52 dient dazu, bei der ersten Bauart die gewölbte Schicht 54 mit ihren Kontaktelementen 30 gegen die elektrischen Kontaktbereiche 42 bzw. bei der zweiten Bauart die Kontaktelemente 30 gegen die elektrischen Kontaktbereiche elektrisch zu isolieren. In beiden Fällen ermöglichen die Öffnungen 53, daß die Kontaktelemente 30 mit den elektrischen Kontaktbereichen 42 einen elektrischen Kontakt herstellen und diesen unterbrechen, wie in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt ist.
Die Fig. 2(a) und 2(b) veranschaulichen die Funktionsweise einer einzelnen Taste 16 eines Tastenfelds gemäß der zweiten Bauart. Die Taste 16 ist, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, am Körperabschnitt 12 mittels eines Randbereichs 18 angebracht, der flexibel ist und beim Niederdrücken der Taste 16 eine Abwärtsbewegung ermöglicht, wobei die Taste jedoch vorgespannt ist, damit sie wieder die in Fig. 2(a) gezeigte Position einnimmt. An ihren oberen Oberflächen können die Taste 16, der Körperabschnitt 12 und der Randbereich 18 farblich gekennzeichnet sein; wobei die obere Oberfläche der Taste 16 einen Anzeigebereich 19 umfaßt, der in der Weise farblich gekennzeichnet ist, daß er eine Anzeige trägt, z. B. ein alphanumerisches Zeichen oder ein anderes Symbol, das die Funktion der Taste 16 angibt. Die Taste 16 enthält eine Basis 20, von der ein entsprechender Vorsprung oder Zahn 22 mittig vorsteht. Der Zahn 22 ist zylindrisch und weist ein freiliegendes Ende 24 auf. Die Taste 16 mit dem Zahn 22, der Körperabschnitt 12 und der Randbereich 18 sind aus einem einteiligen Stück Silicongummi hergestellt. Das Kontaktelement 30 ist, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, durch die Isolationsschicht 52 gegen die darunterliegende Leiterplatte 40 isoliert. (Es ist selbstverständlich, daß die Leiterplatte 40 lediglich für Erläuterungszwecke von der Kontaktmembran 50 getrennt dargestellt ist.) In Fig. 2(a) ist die Tastenmatte 10 so angebracht, daß zwischen dem freiliegenden Ende 4 und dem Teil der Klebeschicht 56, die einen Mittelabschnitt 32 des Kontaktelements 30 bedeckt, ein kleiner Abstand vorhanden ist.
Auf der Leiterplatte 40 sind in dem elektrischen Kontaktbereich 42 unter der Taste 16 ein Paar elektrischer Anschlüsse 36a, 36b gebildet. Die Anschlüsse bilden ein Raster 35 von ineinander verschachtelten, aber nicht miteinander verbundenen Leiterbahnen, die am besten (in der Draufsicht) in Fig. 3 erkennbar sind. Die elektrischen Anschlüsse 36a, 36b umfassen jeweils mehrere parallele Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen. Die Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen sind in einer gleichmäßig beabstandeten Reihe parallel zu den Verzweigungen der Leiterbahnen des elektrischen Anschlusses 36a bzw. in abwechselnder Reihenfolge mit denen des elektrischen Anschlusses 36b angeordnet. Die elektrischen Anschlüsse 36a, 36b umfassen außerdem die Hauptleiterbahnen 38a, 38b, die ein Ende aller entsprechender Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen verbinden. Die Hauptleiterbahnen 37a, 37b sind zueinander beabstandet und verlaufen parallel zueinander. Somit bilden jeweils zwei benachbarte Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen einen Teil der verschiedenen elektrischen Anschlüsse 36a, 36b.
Das Kontaktelement 30 ist so verformbar, daß es von einer ersten natürlich vorgespannten Position in Fig. 2(a), bei der die elektrischen Anschlüsse 36a, 36b nicht miteinander elektrisch verbunden sind, in eine zweite in Fig. 2(b) gezeigte verformte Position schnappt, in der der Scheitelabschnitt 32 des Kontaktelements einen elektrischen Kontakt zwischen benachbarten Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen der elektrischen Anschlüsse 36a, 36b schafft. In Fig. 2(b) ist der Scheitelabschnitt 32 so dargestellt, daß er lediglich zwei benachbarte Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen berührt. In anderen Ausführungsformen kann der Scheitelabschnitt 32 größer sein und mehr als zwei Verzweigungen 37a, 37b der Leiterbahnen berühren, wenn das Kontaktelement 30 in seiner verformten Position ist.
Wie in Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Fläche des Rasters 35 bedeutend größer als die Fläche, die durch den Rand 33 der Basis des Kontaktelements eingeschlossen ist. Im Ergebnis und wie durch die Pfeile A und B dargestellt wird, ermöglicht dies, daß das Kontaktelement 30 an einer großen Vielzahl von Anbringungsorten, die auf einem Abschnitt des entsprechenden elektrischen Kontaktbereichs 42 liegen, positioniert werden kann.
Im Gebrauch drückt der Benutzer die Taste 16 nieder, wodurch bewirkt wird, daß sie sich in Abwärtsrichtung bewegt und dadurch das freiliegende Ende 24 des Zahns 22 gegen die Klebeschicht 56 stößt, die an den Kontaktelementen 30 angebracht ist. Die weitere Bewegung des Zahns 22 bewirkt die weitere Verformung des Kontaktelements 30, bis es einen Zustand erreicht, in dem es in die in Fig. 2(b) gezeigte Position schnappt. Das Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 36a, 36b ermöglicht, daß die (nicht gezeigte) externe Schaltungseinrichtung das Niederdrücken der Taste 16 registriert. Wenn die Taste 16 losgelassen wird, wird die Taste 16 durch die Elastizität des elektrischen Kontaktelements 30 in Aufwärtsrichtung gedrückt und das Kontaktelement 30 nimmt wieder seine erste Position, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, ein. Die Elastizität des Randbereichs 18 bewirkt dann, daß die Taste 16 wieder in ihre in Fig. 2(a) gezeigte Position gebracht wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Klebeschicht 56 eine (nicht gezeigte) Anordnung von Öffnungen enthalten, die ermöglichen, daß die Zähne 22 direkt auf die Scheitelabschnitte 32 der Kontaktelemente 30 einwirken.
Die Betätigung eines Tastenfelds gemäß der ersten Bauart ist nicht dargestellt, da dessen Gebrauchsweise die gleiche wie die der zweiten Bauart ist.
Eine dritte Bauart für ein Tastenfeld 5 ist in Fig. 4 in aufgelösten Einzelteilen dargestellt. Dort, wo entsprechende Teile der dritten Bauart analogen Teilen der ersten oder zweiten Bauart ähnlich sind, werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Bei dieser Bauart ist zwischen einer Tastenmatte 10 mit einem Körperabschnitt 12, auf dem daran angebrachte Tasten 16 niedergedrückt werden können, und einer Leiterplatte 40, die elektrische Kontaktbereiche 42 aufweist, eine Kontaktmembran 30 sandwichartig angeordnet, wobei jeder Bereich 42 einer der Tasten 16 entspricht. Die Kontaktmembran 30 bildet eine Anordnung von gewölbten Kontaktelementen, die aus Metall hergestellt sind. Jedes mit dem Bezugszeichen 30 angegebene Kontaktelement ist so angeordnet, daß es zwischen einer Taste 16 und seinem entsprechenden elektrischen Kontaktbereich 42 liegt.
Die Kontaktmembran 30 umfaßt eine Isolationsschicht 52, auf die eine Klebefolie 56 mit der Anordnung der daran einzeln angeklebten metallischen Kontaktelemente 30 aufgebracht ist. Die Isolationsschicht 52 enthält Öffnungen 53, die so angeordnet sind, daß sie auf einen Abschnitt der entsprechenden Kontaktelemente 30 ausgerichtet sind.
Fig. 5(a) und 5(b) veranschaulichen die Betätigung einer einzelnen Taste 16 des Tastenfelds 5. Die Taste 16 ist am Körperabschnitt 12 mittels eines Randbereichs 18 angebracht, der flexibel ist und, wie in Fig. 5(b) gezeigt ist, beim Niederdrücken der Taste 16 eine Abwärtsbewegung ermöglicht, wobei die Taste jedoch in natürlicher Weise unter Vorspannung gesetzt wird, damit sie wieder die in Fig. 5(a) gezeigte Position einnimmt. Die Taste 16 enthält eine Basis 20, von der ein entsprechender Vorsprung 22 mittig vorsteht. Der Vorsprung 22 ist kegelstumpfförmig und besitzt ein freiliegendes Ende 24. Die Taste 16 mit dem Vorsprung 22, der Körperabschnitt 12 und der Randbereich 18 sind aus einem einteiligen Stück Silicongummi hergestellt. Die Öffnungen 53 in der Isolationsschicht 52 sind so geformt, daß ein erster Abschnitt 33a des Rands 33 der Basis des Kontaktelements 30 gegen die elektrischen Kontaktbereiche 42 auf der darunterliegenden Leiterplatte 40 isoliert ist, und ein zweiter Abschnitt 33b des Rands 33 der Basis des Kontaktelements 30 mit dem elektrischen Kontaktbereich 42 auf der darunterliegenden Leiterplatte 40 in Kontakt ist. Die Tastenmatte 10 ist, wie in Fig. 5(a) gezeigt ist, so angeordnet, daß zwischen dem freiliegenden Ende 24 und dem Teil der Klebeschicht 56, der einen Scheitelabschnitt 32 des Kontaktelements 30 überdeckt, ein kleiner Abstand vorhanden ist.
Auf der Leiterplatte 40 sind in dem elektrischen Kontaktbereich 42 unter der Taste 16 ein Paar elektrischer Anschlüsse oder Anschlußflächen 36a, 36b gebildet. Die Anschlüsse 36a, 36b sind am besten (in der Draufsicht) von Fig. 6(b) sichtbar. Aus Fig. 6(b) ist ersichtlich, daß der Anschluß oder die äußere Anschlußfläche 36b den Anschluß oder die innere Anschlußfläche 36a im wesentlichen umgibt. Eine elektrische Verbindung der inneren Anschlußfläche mit dem Rest der Schaltungsanordnung ist durch einen Leiter 37a ermöglicht, der durch eine in der äußeren Anschlußfläche gebildeten Lücke 37b verläuft.
Im Gebrauch drückt ein Benutzer die Taste 16 nieder, wodurch bewirkt wird, daß sie sich in Abwärtsrichtung bewegt, und das freiliegende Ende 24 des Vorsprungs 22 gegen die Klebeschicht 56 stößt, die an den Kontaktelementen 30 angebracht ist. Dadurch wird bewirkt, daß der zweite Abschnitt 33b des Rands 33 des Kontaktelements 30 eine wirksame elektrische Verbindung mit der äußeren Anschlußfläche 36b herstellt. (In der Position von Fig. 5(a) kann der zweite Abschnitt 33b des Rands 33 des Kontaktelements 30 mit der äußeren Anschlußfläche 36b in einer unbestimmten/unzuverlässigen elektrischen Verbindung stehen, oder zu dieser durch die Klebeschicht 56 einen geringen Abstand aufweisen.) Die weitere Bewegung des Vorsprungs 22 bewirkt eine weitere Verschiebung des Kontaktelements 30, bis es einen Zustand erreicht, in dem es in die in Fig. 5(b) gezeigte zweite Position schnappt, in der der Scheitelabschnitt 32 eine wirksame elektrische Verbindung mit der inneren Anschlußfläche 36a herstellt. Das Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußflächen 36a, 36b ermöglicht, daß die (nicht gezeigte) externe Schaltungsanordnung das Niederdrücken der Taste 16 registriert. Wenn die Taste 16 losgelassen wird, schiebt die Elastizität der Kontaktelemente 30 die Taste 16 in Auswärtsrichtung und das Kontaktelement 30 nimmt wieder seine in Fig. 5(a) gezeigte Position ein. Die Elastizität des Randbereichs 18 bewirkt dann, daß die Taste 16 wieder in ihre in Fig. 5(a) gezeigte Position gebracht wird.
Fig. 6(a) zeigt eine alternative Konfiguration für den elektrischen Kontaktbereich 42. Diese alternative Konfiguration wirkt funktional (was die Betätigung der Taste 16 betrifft) in gleicher Weise wie die Konfiguration von Fig. 6(b). Die Konfiguration der Fig. 6(b) unterscheidet sich jedoch im Aufbau dahingehend, daß die äußere Anschlußfläche 36b die innere Anschlußfläche 36a vollständig umgibt. Die elektrische Verbindung der inneren Anschlußfläche mit der restlichen Schaltungsanordnung erfolgt mittels Durchleitungslöchern, die in der Leiterplatte 40 gebildet sind.
Fig. 7(a) und 7(b) veranschaulichen, wie zwei Leiterplatten 40, die dasselbe Muster der darauf ausgebildeten elektrischen Kontaktbereiche 42 aufweisen, bei der Realisierung von zwei Tastenfeldlayouts, die sich bedeutend unterscheiden, verwendet werden können.
In weiteren Ausführungsformen kann die Klebeschicht 56 eine (nicht gezeigte) Anordnung von Öffnungen enthalten, die ermöglichen, daß die Vorsprünge 22 auf die Scheitelabschnitte 32 der Kontaktelemente 30 direkt einwirken.

Claims

1. Verfahren zum Konstruieren von Baueinheiten für Tastenfelder mit unterschiedlichen Tastenlayouts unter Verwendung von Substraten (40), die jeweils dasselbe Muster aus elektrischen Kontaktbereichen (42) aufweisen, wobei die Fläche jedes elektrischen Kontaktbereichs größer ist als die Fläche, die durch einen Abdruck eines entsprechenden gewölbten Kontaktelements (30) eingeschlossen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(i) Wählen eines ersten Entwurfs des Tastenlayouts;

(ii) Schaffen einer ersten Isolationsschicht (52) mit mehreren Öffnungen (53) in Abhängigkeit vom ersten Entwurf;

(iii) Anbringen der Kontaktelemente (30) in der Weise, daß sie den entsprechenden elektrischen Kontaktbereichen (42) eines ersten Substrats (40) zugewandt sind, wobei die erste Isolationsschicht (52) dazwischen angeordnet ist, wobei jede der Öffnungen (53) auf ein Kontaktelement (30) ausgerichtet ist, um dadurch eine Baueinheit zu schaffen, die das Tastenlayout des ersten Entwurfs aufweist;

(iv) Wählen eines zweiten Entwurfs des Tastenlayouts, der sich vom ersten Tastenlayout unterscheidet;

(v) Schaffen einer zweiten Isolationsschicht (52) mit mehreren Öffnungen (53) in Abhängigkeit vom zweiten Entwurf; und

(vi) Anbringen der Kontaktelemente (30) in der Weise, daß sie den entsprechenden elektrischen Kontaktbereichen (42) eines zweiten Substrats (40) zugewandt sind, wobei die zweite Isolationsschicht (52) dazwischen angeordnet ist, wobei jede der Öffnungen (53) auf ein Kontaktelement (30) ausgerichtet ist, wodurch eine Baueinheit geschaffen wird, die das Tastenlayout des zweiten Entwurfs aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen (36a, 36b) bewirkt wird, indem ein gewölbtes Kontaktelement (30) so niedergedrückt wird, daß ein Abschnitt (33b) eines Randes (33) des Kontaktelements (30) und dessen Scheitelabschnitt (32) die Anschlüsse (36a, 36b) verbinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen (36a, 36b) bewirkt wird, indem ein gewölbtes Kontaktelement (30) so niedergedrückt wird, daß der Scheitelabschnitt (32) die Anschlüsse (36a, 36b) verbindet.